DE112006001416T5

DE112006001416T5 - Systems and methods for active vibration damping

Info

Publication number: DE112006001416T5
Application number: DE112006001416T
Authority: DE
Inventors: Emil Newton Kraner
Original assignee: Technical Manufacturing Corp
Current assignee: Technical Manufacturing Corp
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2008-05-08
Also published as: US7726452B2; JP5166253B2; JP2009507359A; WO2006132777A2; JP2013080911A; WO2006132777A3; US20060272910A1

Abstract

System zum Dämpfen einer Schwingung von einer abgestützten Nutzlast, wobei das System umfasst:
eine Stützfeder, die sich von einer isolierten Plattform, an der die Nutzlast abgestützt ist, zu einer Plattform gegenüber der isolierten Plattform erstreckt, um statische Kräften von der Nutzlast abzustützen;
einen aktiven Dämpfer, der sich zwischen der isolierten Plattform und der Basisplattform parallel und in beabstandeter Beziehung zur Stützfeder erstreckt, um dynamische Kräften von der Nutzlast zu dämpfen, wobei der aktive Dämpfer umfasst:
einen Aktuator mit einem ersten und einem zweiten, gegenüberliegenden Ende, der in der Länge zwischen dem ersten und dem zweiten Ende variabel ist, wobei das zweite Ende mit der Basisplattform gekoppelt ist;
eine Zwischenmasse mit einem Körperabschnitt und in axialer Ausrichtung auf das erste Ende des Aktuators, wobei die Zwischenmasse einen Punkt bereitstellt, auf den die dynamischen Kräfte von der Nutzlast gedämpft werden können; und
einen passiven Dämpfer mit einem...A system for damping a vibration from a supported payload, the system comprising:
a support spring extending from an isolated platform on which the payload is supported to a platform opposite the insulated platform to support static forces from the payload;
an active damper extending between the isolated platform and the base platform in parallel and spaced relation to the support spring to dampen dynamic forces from the payload, the active damper comprising:
an actuator having first and second opposite ends that is variable in length between the first and second ends, the second end coupled to the base platform;
an intermediate mass having a body portion and in axial alignment with the first end of the actuator, the intermediate mass providing a point at which the dynamic forces from the payload can be damped; and
a passive damper with a ...

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Systeme zur aktiven Schwingungsdämpfung von abgestützten Nutzlasten und insbesondere auf Schwingungsdämpfungssysteme und -verfahren, die statische und dynamische Kräfte, die durch die abgestützten Nutzlasten erzeugt werden, entkoppeln und dynamische Kräfte auf einen aktiv isolierten Punkt dämpfen.The The present invention generally relates to methods and active vibration damping systems of supported payloads and in particular to vibration damping systems and method, the static and dynamic forces generated by the supported payloads be generated, decouple and dynamic forces on an actively isolated Steam point.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Der Bedarf in der Industrie für die Schwingungsisolation nimmt zu. Beispielsweise besteht immer weniger Toleranz für die Umgebungsschwingung in Ultraviolett-Schrittmotoren, die in der Halbleiterfertigung verwendet werden. Da die Fertigung von Halbleitern und anderen Produkten immer präziser wird, wird der Bedarf an der Unterdrückung einer Umgebungsschwingung immer größer.Of the Need in the industry for the vibration isolation increases. For example, there is always less tolerance for the ambient vibration in ultraviolet stepper motors used in semiconductor manufacturing be used. As the production of semiconductors and other products more and more precise becomes, the need for the suppression of ambient vibration getting bigger.

Viele derzeit zur Verfügung stehenden Schwingungsisolationsanwendungen, die auf "weichen Federn" basieren, erfordern auch ein relativ hohes Dämpfungsniveau. Dämpfer werden häufig verwendet, um die Schwingungsverstärkung bei der Resonanzfrequenz der Feder zu verringern und um die an der isolierten Masse durch die Bewegungstische, Motoren usw. erzeugte Verzerrung zu minimieren. Annehmbare Dämpfungsniveaus können leider in den meisten zur Verfügung stehenden Systemen sehr begrenzt sein. Ein begrenzender Faktor kann der Steifigkeitserhöhung des kombinierten Dämpfer-Feder-Systems zugeschrieben werden, die zur Aufwärtsverschiebung der Resonanzfrequenz des Systems und zur Verringerung der Verstärkungs-/Frequenz-Funktion, d. h. der "Dämpfungs"-Neigung über der Resonanzfrequenz, führen kann. Folglich besteht gewöhnlich ein signifikanter Verlust in der Schwingungsisolationsverstärkung jenseits der Resonanzfrequenz.Lots currently available require standing vibration isolation applications based on "soft springs" also a relatively high level of attenuation. damper become common used to increase the vibration gain at the resonant frequency to reduce the spring and to pass the on the isolated mass to minimize the movement tables, motors, etc. generated distortion. acceptable attenuation levels can unfortunately available in most be very limited. A limiting factor may be the increase in stiffness of the combined damper spring system attributed to the upward shift of the resonant frequency of the system and to reduce the gain / frequency function, d. H. the "damping" slope above the resonant frequency. Consequently, there is usually a significant loss in the vibration isolation gain beyond the resonant frequency.

Im Allgemeinen kann das Dämpfungsniveau durch (i) die Einschwingzeit, die direkt mit der Resonanzfrequenz des Systems und dem Schwingungsverstärkungsniveau bei dieser Frequenz in Beziehung steht, (ii) die Schwingungsisolationsspezifikation insbesondere bei einer hohen Frequenz und/oder (iii) den Dämpfertyp (z. B. aktiv, passiv) bestimmt werden. Bekannte Beispiele von passiven Dämpfern umfassen Luftkissendämpfer und Fluiddämpfer. Passive Dämpfer werden typischerweise verwendet, um die Systemschwingungsisolation bei der Resonanzfrequenz der Feder zu begünstigen. Da diese Dämpfer gewöhnlich mit der schwingenden Basisplattform gekoppelt sind, können jedoch diese Dämpfer für Frequenzen über den Resonanzfrequenzen Schwingungsisolationsverstärkungen um ungefähr 20 dB pro Dekade verringern.in the Generally, the attenuation level can be through (i) the transient time directly related to the resonant frequency of the Systems and the vibration amplification level at this frequency, (ii) the vibration isolation specification especially at a high frequency and / or (iii) the damper type (eg active, passive). Well-known examples of passive Include dampers Air cushion damper and fluid damper. Passive dampers are typically used to system vibration isolation to favor at the resonant frequency of the spring. Since these dampers are usually with However, the oscillating base platform can be coupled these dampers for frequencies over the Resonant frequencies Vibration isolation gains by approximately 20 dB per Decade Decade.

Aktive Dämpfer können andererseits beispielsweise Schwingspulendämpfer oder Motorelemente umfassen. Aktive Dämpfer können verwendet werden, um relativ hohe Kompensationskräfte zu erzeugen, und können zusammen mit Sensoren an der isolierten Nutzlast die Kräfte, die durch die schwere Nutzlast erzeugt werden, die mit hoher Beschleunigung bewegt wird, kompensieren. Aktive Dämpfer weisen jedoch auch eine sehr begrenzte aktive Bandbreitenverstärkung auf. Insbesondere kann die Kopplung von Nutzlastresonanzen mit erfassten Ausgangssignalen die Stabilitätstoleranzen beeinträchtigen. Diese Begrenzung kann an der Servoschleifenstabilität liegen, die durch die erforderliche Befestigung von Schwingungssensoren an der isolierten Plattform, die ihre mehreren Resonanzen abtasten, begrenzt werden kann.active damper can On the other hand, for example, comprise voice coil damper or motor elements. Active dampers can used to generate relatively high compensation forces, and can along with sensors on the isolated payload the forces that produced by the heavy payload, with high acceleration is moved, compensate. However, active dampers also have one very limited active bandwidth gain. In particular, can the coupling of payload resonances with detected output signals the stability tolerances affect. This limitation may be due to the servo loop stability, due to the required mounting of vibration sensors on the isolated platform, which samples its multiple resonances can be.

Im Allgemeinen kann eine abgestützte Nutzlast häufig sich bewegende mechanische Komponenten beinhalten, die dynamische Kräfte erzeugen können, die auf die Nutzlast einwirken und verursachen, dass sie in Reaktion darauf schwingt. Die Nutzlast besitzt außerdem eine Masse, die eine statische Kraft erzeugt. In den meisten existierenden Isolationssystemen wird ermöglicht, dass sowohl die statischen als auch die dynamischen Kräfte auf einen Schwingungskompensationsmechanismus, beispielsweise einen Aktuator, wirken und erfordern solche Kompensationsmechanismen, um sowohl die statischen als auch dynamischen Kräfte anzugehen, wenn die Schwingung minimiert wird. Eine solche Methode erfordert die Verwendung eines sehr leistungsstarken Aktuators oder von mehreren Aktuatoren, was beides sehr teuer und voluminös sein kann. Überdies kann das Finden eines Kompromisses zwischen dem Dämpfungsniveau und der Schwingungsisolationsverstärkung eine schwierige Konstruktionsaufgabe sein.in the Generally, a supported Payload often involve moving mechanical components, the dynamic one personnel can generate which act on the payload and cause it to react it resonates. The payload also has a mass that has a generated static force. In most existing insulation systems is enabled that both the static and the dynamic forces up a vibration compensation mechanism, such as a Actuator, act and require such compensation mechanisms, to address both the static and dynamic forces when the vibration is minimized. Such a method requires the use of a very powerful actuator or of multiple actuators, what both very expensive and voluminous can be. moreover can find a compromise between the damping level and the vibration isolation reinforcement a difficult design task be.

Folglich ist es erwünscht, ein praktikables Dämpfungssystem zu schaffen, das relativ hohe Dämpfungskräfte vorsehen kann, während es gleichzeitig die Schwingungsisolation verbessert.consequently is it desirable a practicable damping system to provide that provide relatively high damping forces can, while it simultaneously improves the vibration isolation.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung schafft ein aktives Schwingungsdämpfungssystem, das statische und dynamische Kräfte, die durch eine Nutzlast erzeugt werden, entkoppelt, das ermöglicht, dass jede der zwei Kräfte durch separate Mechanismen angesprochen wird, und das die Schwingungsisolation durch Richten von dynamischen Kräften von der Nutzlast auf einen aktiv isolierten Punkt verbessert. Das Schwingungsdämpfungssystem umfasst in einer Ausführungsform eine Stützfeder zum Angehen der statischen Kraft von der Nutzlastmasse und einen aktiv isolierten Dämpfer, der parallel zwischen der Nutzlastmasse wie z. B. einer isolierten Plattform und einer Schwingungsquelle wie z. B. dem Boden, einem externen Gehäuse oder einer schwingenden Basisplattform angeordnet ist, um die dynamische Kraft von der Nutzlastmasse zu dämpfen. Der aktiv isolierte Dämpfer ("aktive Dämpfer") umfasst in einer Ausführungsform eine kleine Zwischenmasse, die von der Nutzlastmasse verschieden und elastisch abgekoppelt ist. Die kleine Zwischenmasse kann mindestens eine Größenordnung kleiner sein als der Bereich von Massen, für deren Abstützung oder Isolation das System ausgelegt ist, und kann als Stützpunkt für eine dynamische Last wirken. Der aktive Dämpfer umfasst auch mindestens einen Aktuator wie z. B. ein piezoelektrisches Motorelement mit einer ersten Oberfläche, die mit der kleinen Zwischenmasse gekoppelt ist, und einer zweiten Oberfläche, die mit der schwingenden Basisplattform gekoppelt ist. Der Aktuator kann ein Federsystem umfassen, das so ausgelegt ist, dass es mindestens eine Größenordnung in der Steifigkeit höher ist als die Stützfeder. Der aktive Dämpfer umfasst ferner ein passives Isolatorelement wie z. B. einen passiven Fluiddämpfer ("passiven Dämpfer") zum Koppeln der isolierten Plattform mit der kleinen Zwischenmasse. In einer Ausführungsform kann ein Bewegungssensor mit der kleinen Zwischenmasse gekoppelt sein, um ein Rückkopplungssignal für den Aktuator als Funktion der Bewegung der kleinen Zwischenmasse zu erzeugen. Der Bewegungssensor kann so ausgelegt sein, dass er von der isolierten Plattform abgekoppelt ist.The present invention provides an active vibration damping system that decouples static and dynamic forces generated by a payload that allows each of the two forces to be addressed by separate mechanisms, and that provides vibration isolation by directing dynamic forces away from the payload improved an actively isolated point. The vibration damping system comprises in one embodiment a support spring for tackling the static force from the payload mass and an actively isolated damper that is parallel between the payload mass such. B. an isolated platform and a vibration source such. B. the bottom, an external housing or a swinging base platform is arranged to dampen the dynamic force of the payload mass. The actively isolated damper ("active damper") in one embodiment includes a small intermediate mass that is different and elastically decoupled from the payload mass. The small intermediate mass may be at least an order of magnitude smaller than the range of masses for the support or isolation of which the system is designed, and may act as a support point for a dynamic load. The active damper also includes at least one actuator such as. A piezoelectric motor element having a first surface coupled to the small intermediate mass and a second surface coupled to the oscillating base platform. The actuator may include a spring system that is designed to be at least an order of magnitude higher in stiffness than the support spring. The active damper further comprises a passive insulator element such as. B. a passive fluid damper ("passive damper") for coupling the isolated platform with the small intermediate mass. In one embodiment, a motion sensor may be coupled to the small intermediate mass to generate a feedback signal for the actuator as a function of the movement of the small intermediate mass. The motion sensor may be configured to be disconnected from the isolated platform.

Das Schwingungsdämpfungssystem der vorliegenden Erfindung kann auch mit einem Kompensationsmodul versehen sein, um das Rückkopplungssignal vom Bewegungssensor zu empfangen. In einer Ausführungsform kann das Kompensationsmodul mit dem Aktuator kommunizieren, um zu ermöglichen, dass der Aktuator seine Länge als Funktion des Rückkopplungssignals verändert, um die Schwin gung für den passiven Dämpfer und die Zwischenmasse zu verringern. Das Kompensationsmodul kann auch in einer solchen Weise konstruiert sein, dass das aktive Rückkopplungssystem über einen vorbestimmten Bereich von Schwingungsfrequenzen unabhängig von den Nutzlastmassen stabil sein kann. In einer Ausführungsform kann das Kompensationsmodul entlang einer Achse vorgesehen sein, in der der passive Dämpfer arbeitet, um zu ermöglichen, dass die Zwischenmasse von der Schwingung in dieser gleichen Achse aktiv isoliert wird. Alternativ können unabhängige Kompensationsmodule entlang jeder der "X"-, "Y"- und "Z"-Achsen vorgesehen sein, um zu ermöglichen, dass die Zwischenmasse von der Schwingung entlang sechs Freiheitsgraden aktiv isoliert wird. Mit anderen Worten, die Schwingung entlang jeder der "X"-, "Y"- und "Z"-Achsen sowie die Rotationsschwingung um die "X"-, "Y"- und "Z"-Achsen kann isoliert werden. Die Zwischenmasse und der Bewegungssensor können innerhalb eines Gehäuses aufgenommen sein und können an der Basis in mindestens einer Achse durch mindestens einen Aktuator aufgehängt sein. Die Zwischenmasse und der Bewegungssensor können natürlich in jeder der "X"-, "Y"- und "Z"-Achsen durch mindestens einen Aktuator in jeder Richtung aufgehängt sein.The Vibration damping system The present invention can also be used with a compensation module be provided to the feedback signal from the motion sensor. In one embodiment, the compensation module communicate with the actuator to allow the actuator his length as a function of the feedback signal changed for the swing for the passive damper and reduce the intermediate mass. The compensation module can be constructed in such a way that the active feedback system via a predetermined range of vibration frequencies independent of the payload masses can be stable. In one embodiment if the compensation module can be provided along an axis, in the passive damper works to enable that the intermediate mass of the oscillation in this same axis is actively isolated. Alternatively, independent compensation modules can be along each of the "X", "Y" and "Z" axes provided be to enable that the intermediate mass of the oscillation along six degrees of freedom is actively isolated. In other words, the vibration along each of the "X", "Y" and "Z" axes and the rotational vibration around the "X", "Y" and "Z" axes can be isolated. The intermediate mass and the motion sensor can within a housing be included and can at the base in at least one axis by at least one actuator suspended be. The intermediate mass and the motion sensor can of course in each of the "X", "Y" and "Z" axes through at least one actuator suspended in each direction.

Ein Scherentkoppler kann zwischen dem Aktuator und der Zwischenmasse angeordnet sein, die entlang der aktiv gesteuerten "Z"-Achse liegt, um die Ausübung von Scherspannungen auf den Aktuator zu begrenzen. Ein Scherentkoppler kann auch in den "X"- und "Y"-Achsen zwischen den jeweiligen Aktuatoren und der Zwischenmasse angeordnet sein, um die Querachsenschwingung zu minimieren.One Shear decoupler can be between the actuator and the intermediate mass arranged along the actively controlled "Z" axis to the exercise of To limit shearing stresses on the actuator. A shear decoupler can also be in the "X" and "Y" axes between the respective actuators and the intermediate mass may be arranged around the transverse axis vibration to minimize.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können zusätzliche Kompensationsschaltungen durch das Kompensationsmodul verwendet werden, um Signale zu verarbeiten, die von einem Sensor gesandt werden, der an der Nutzlastmasse montiert ist. Diese Signale, die Nutzlastbewegungen darstellen können, können mit den Signalen vom Bewegungssensor an der Zwischenmasse kombiniert werden, um die Nutzlastschwingung weiter zu kompensieren.According to one another embodiment of the invention additional Compensation circuits are used by the compensation module to process signals sent by a sensor, which is mounted on the payload mass. These signals represent payload movements can, can be combined with the signals from the motion sensor at the intermediate mass, to further compensate the payload oscillation.

In einer weiteren Ausführungsform kann ein Bewegungssensor an der Basisplattform angebracht sein und die Mitkopplungssignale davon können verwendet werden, um die Bewegung von der Basisplattform zu kompensieren.In a further embodiment For example, a motion sensor may be attached to the base platform and the positive feedback signals thereof used to compensate for the movement of the base platform.

Die vorliegende Erfindung schafft unter anderem ein praktisches aktives Schwingungsdämpfungssystem auf der Basis eines aktiven Isolationsdämpfers und einer Stützfeder, die beide zwischen der Nutzlastmasse und der Basisplattform angeordnet sind. Die Verwendung eines aktiven Isolationsdämpfers mit einer Zwischenmasse mit einer Resonanzfrequenz über der aktiven Bandbreite zusammen mit einem passiven Dämpfer zum Abkoppeln der Nutzlastresonanzen von der Zwischenmasse sowie zum Schaffen einer passiven Isolation außerhalb des Frequenzbereichs der aktiven Isolation und einem Aktuator zum aktiven Kompensieren der Bodenschwingung und zum Erzeugen von Steifigkeit, die verhältnismäßig höher ist als die Steifigkeit der Stützfeder, kann die Schwingung minimieren, die von der Nutzlastmasse von Umgebungsquellen erfahren wird. Außerdem kann die Verwendung von Bewegungssensoren zu den Aktuatoren unter anderem Rückkopplungssignale auf der Basis von Bewegungssignalen von den verschiedenen Komponenten liefern, um die Rückkopplungsinstabilität für das System weiter zu minimieren.The The present invention provides, inter alia, a practical active Vibration damping system based on an active insulation damper and a support spring, both arranged between the payload mass and the base platform are. The use of an active insulation damper with an intermediate mass with a resonant frequency over the active bandwidth along with a passive damper for Disconnecting the Nutzlastresonanzen of the intermediate mass and the Create a passive isolation outside the frequency range active isolation and an active compensation actuator the floor vibration and for generating rigidity, which is relatively higher as the stiffness of the support spring, can minimize the vibration of the payload mass from ambient sources is experienced. Furthermore may be the use of motion sensors to the actuators below other feedback signals based on motion signals from the various components provide the feedback instability for the system continue to minimize.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 stellt ein System zur aktiven Schwingungsisolation oder -dämpfung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 1 FIG. 12 illustrates an active vibration isolation or damping system according to one embodiment of the present invention. FIG.

2 stellt ein detailliertes Diagramm eines aktiven Dämpfers zur Verwendung in Verbindung mit dem System in 1 dar. 2 provides a detailed diagram of an active damper for use with the system 1 represents.

3 stellt ein System zur aktiven Schwingungsisolation oder -dämpfung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 3 FIG. 12 illustrates an active vibration isolation or damping system according to another embodiment of the present invention. FIG.

4 ist ein schematischer Blockschaltplan, der die elektrischen Verbindungen zwischen Bewegungssensoren, einer Kompensationsschaltungsanordnung und Aktuatoren für ein dreidimensionales Schwingungsisolations- oder -dämpfungssystem darstellt. 4 Figure 3 is a schematic block diagram illustrating the electrical connections between motion sensors, compensation circuitry, and actuators for a three-dimensional vibration isolation or damping system.

5 stellt ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines aktiven Schwingungsdämpfungssystems entlang zweier Achsen dar. 5 FIG. 3 illustrates a simplified schematic diagram of an active vibration damping system along two axes. FIG.

BESCHREIBUNG VON SPEZIELLEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDESCRIPTION OF SPECIAL EMBODIMENTS

Eine abgestützte Nutzlast erzeugt typischerweise statische und dynamische Kräfte, die beide angegangen werden müssen, wenn die durch die Nutzlastbewegung verursachte Schwingung kompensiert oder minimiert wird. Um beide von diesen Kräften anzugehen, schafft die vorliegende Erfindung ein Schwingungsdämpfungssystem, das statische und dynamische Kräfte entkoppelt, die durch eine abgestützte Nutzlast erzeugt werden, und ermöglicht, dass jede der zwei Kräfte durch separate Mechanismen angegangen wird.A supported Payload typically generates static and dynamic forces both need to be addressed, if the vibration caused by the payload movement compensates or is minimized. To tackle both of these forces, the The present invention relates to a vibration damping system, the static and dynamic forces decoupled, which are generated by a supported payload, and allows that each of the two forces is addressed by separate mechanisms.

In 1 schafft die vorliegende Erfindung ein aktives Schwingungsdämpfungssystem 10, das einer Bewegung einer abgestützten Nutzlast auf Grund von durch die Nutzlast induzierten Kräften durch die Verwendung einer Stützfeder 11 zum Angehen von statischen Kräften und eines unabhängigen aktiv isolierten Dämpfers 12 ("aktiven Dämpfers"), der parallel und in beabstandeter Beziehung zur Feder 11 angeordnet ist, zum Angehen von dynamischen Kräften Widerstand leisten oder diese minimieren kann. Sowohl die Feder 11 als auch der aktive Dämpfer 12 können zwischen einer Nutzlastmasse wie z. B. jener an oder mit einer isolierten Plattform 13 und einer Schwingungsquelle wie z. B. dem Boden, einem externen Gehäuse oder einer schwingenden Basisplattform 14 angeordnet werden. 1 stellt ein System dar, das eine aktive oder dynamische Schwingung in einer von drei Dimensionen angeht. Diese Vereinfachung wurde für die leichte Erläuterung gemacht. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass das System verwendet werden kann, um eine aktive Schwingungsisolation in bis zu allen sechs Freiheitsgraden zu ermöglichen.In 1 The present invention provides an active vibration damping system 10 , the movement of a supported payload due to payload-induced forces through the use of a support spring 11 for dealing with static forces and an independent actively isolated damper 12 ("active damper"), which is parallel and in spaced relation to the spring 11 is arranged to resist or minimize the onset of dynamic forces. Both the spring 11 as well as the active damper 12 can be between a payload mass such. For example, those on or with an isolated platform 13 and a vibration source such. As the ground, an external housing or a swinging base platform 14 to be ordered. 1 represents a system that addresses active or dynamic vibration in one of three dimensions. This simplification has been made for easy explanation. It should be understood, however, that the system can be used to provide active vibration isolation in up to all six degrees of freedom.

Die Stützfeder 11 kann in einer Ausführungsform mit der isolierten Plattform 13 an einem Ende gekoppelt sein und zur Basisplattform 14 an einem entgegengesetzten Ende verlängert sein und kann zum Abstützen der durch die Nutzlastmasse erzeugten statischen Kraft wirken. Die Feder 11 kann auch zum Halten der isolierten Plattform 13 in im Wesentlichen parallelen Beziehungen zur Basisplattform 14 wirken. Obwohl 1 nur eine Feder 11 darstellt, sollte erkannt werden, dass zusätzliche Federn 11 in Abhängigkeit von der Steifigkeit der Feder 11 relativ zur Masse der isolierten Plattform 13 verwendet werden können. Somit können zwei, drei, vier oder mehr Federn 11 verwendet werden, solange die isolierte Plattform 13 in im Wesentlichen parallelen Beziehungen zur Basisplattform 14 gehalten werden kann. Die Feder 11 kann in einer Ausführungsform eine Metallfeder, eine Schraubenfeder, eine Matrizenfeder, eine passive pneumatische Feder, eine pneumatische Feder mit aktiver Höhensteuerung oder beliebige andere ähnliche Federn sein.The support spring 11 can in one embodiment with the isolated platform 13 be coupled at one end and to the base platform 14 extended at an opposite end and can act to support the static force generated by the payload mass. The feather 11 Can also be used to hold the isolated platform 13 in essentially parallel relationships to the base platform 14 Act. Even though 1 only one spring 11 represents, it should be recognized that additional springs 11 depending on the stiffness of the spring 11 relative to the mass of the isolated platform 13 can be used. Thus, two, three, four or more springs 11 be used as long as the isolated platform 13 in essentially parallel relationships to the base platform 14 can be held. The feather 11 In one embodiment, it may be a metal spring, a coil spring, a die spring, a passive pneumatic spring, an active height control pneumatic spring, or any other similar springs.

Der aktive Dämpfer 12, der vorgesehen ist, um dynamische Kräfte von der Nutzlast zu isolieren und zu minimieren, umfasst in einer Ausführungsform einen Aktuator 15, der mit der Basisplattform 14 gekoppelt sein kann, eine kleine Zwischenmasse 16 ("Zwischenmasse"), die am Aktuator 15 abgestützt ist, und ein passives Isolatorelement 17 ("passiver Dämpfer") für die dynamische Kopplung der isolierten Plattform 13 mit der Zwischenmasse 16. Der aktive Dämpfer 12 kann auch einen Bewegungssensor 18 umfassen, der an der Zwischenmasse 16 befestigt ist, so dass Signale, die durch die Bewegung der Zwischenmasse 16 erzeugt werden, als Teil einer aktiven Rückkopplungskompensationsschleife 19 kompensiert werden können, um Stabilität über einen vorbestimmten Bereich von Schwingungsfrequenzen vorzusehen.The active damper 12 The invention, which is designed to isolate and minimize dynamic forces from the payload, includes an actuator in one embodiment 15 that with the base platform 14 can be coupled, a small intermediate mass 16 ("Intermediate mass"), which on the actuator 15 is supported, and a passive insulator element 17 ("passive damper") for the dynamic coupling of the isolated platform 13 with the intermediate mass 16 , The active damper 12 can also have a motion sensor 18 include that at the intermediate mass 16 is attached, so that signals by the movement of the intermediate mass 16 generated as part of an active feedback compensation loop 19 can be compensated to provide stability over a predetermined range of vibration frequencies.

Wenn nun 2 betrachtet wird, ist in einer Ausführungsform ein aktiver Dämpfer 22 zur Verwendung in Verbindung mit dem System 10 ähnlich zum aktiven Dämpfer 12 von 1 gezeigt. Der aktive Dämpfer 22 umfasst in dieser Ausführungsform einen Aktuator 25 mit einem unteren Ende 251, das an einer schwingenden Basisplattform 24 befestigt ist. Der Aktuator 25 umfasst auch ein oberes Ende 252, das im Wesentlichen bewegungslos oder ungefähr so bleiben kann, mit dem Ziel der Minimierung der Bewegung auf beispielsweise 0,01 mal der Bewegung der Basisplattform 24. Der aktive Dämpfer 22 der vorliegenden Erfindung kann dazu ausgelegt sein, die Schwingung der Basisplattform 24 entlang der Achse Z zu isolieren, die zur Achse der Verlagerung des Aktuators 25 im Wesentlichen parallel ist.If so 2 is considered an active damper in one embodiment 22 for use in connection with the system 10 similar to the active damper 12 from 1 shown. The active damper 22 includes an actuator in this embodiment 25 with a lower end 251 Being at a swinging base platform 24 is attached. The actuator 25 also includes an upper end 252 which may remain substantially motionless or approximately so with the aim of minimizing movement to, for example, 0.01 times the movement of the base platform 24 , The active damper 22 The present invention may be adapted to the vibration of the base platform 24 to isolate along the axis Z, which is the axis of the displacement of the actuator 25 is essentially parallel.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Aktuator 25 ein piezoelektrischer Stapel sein. In einer solchen Ausführungsform kann der Aktuator 25 ein erstes im Wesentlichen starres Element, z. B. einen Stapel 253, mit einer Länge entlang der Achse Z, die als Funktion eines daran angelegten Steuersignals variabel ist, umfassen.In one embodiment of the invention, the actuator 25 be a piezoelectric stack. In such an embodiment, the actuator 25 a first substantially rigid element, e.g. B. a stack 253 , with a length along the axis Z which is variable as a function of a control signal applied thereto.

Als piezoelektrischer Stapel (z. B. Modell P-010-20 von Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG in Karlsruhe/Palmbach, Deutschland) kann der Aktuator 25 als Motorfeder 254 mit ausreichender Steifigkeit modelliert werden. Die Steifigkeit der Feder 254 entlang ihrer Achse ermöglicht, dass sich der Aktuator 25 gemäß dem an ihn angelegten Befehlssignal und unabhängig von der statischen Kraft der Nutzlast leicht zusammenzieht oder dehnt. Die Steifigkeit der Feder 254 kann in einer Ausführungsform mindestens eine Größenordnung in der Steifigkeit höher sein als jene der Stützfeder 11 und vorzugsweise mindestens zwei Größenordnungen in der Steifigkeit höher sein. In einem Beispiel kann die Steifigkeit der Feder 254 etwa 1,9 Millionen Pfund pro Inch sein, wohingegen die Verlagerungs-Spannungs-Beziehung etwa 1 Million Volt pro Inch Spitze sein kann.As a piezoelectric stack (eg model P-010-20 of physics instruments (PI) GmbH & Co. KG in Karlsruhe / Palmbach, Germany), the actuator 25 as a motor spring 254 be modeled with sufficient rigidity. The stiffness of the spring 254 along its axis allows the actuator 25 slightly contracts or stretches in accordance with the command signal applied to it and regardless of the static force of the payload. The stiffness of the spring 254 In one embodiment, at least one order of magnitude in stiffness may be higher than that of the support spring 11 and preferably at least two orders of magnitude higher in stiffness. In one example, the stiffness of the spring 254 while the displacement-voltage relationship may be about 1 million volts per inch peak.

Bei bestimmten Arten von Piezoaktuatoren ((z. B. Modell P-010-20 von Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG in Karlsruhe/Palmbach, Deutschland), kann es erforderlich sein, den Aktuator 25 vorzubelasten, so dass unter dem tatsächlichen Betrieb verhindert werden kann, dass der Aktuator 25 in Spannung geht. Die Feder 231 kann daher verwendet werden, um den Aktuator 25 vorzubelasten. In einer Ausführungsform kann die Feder 231 eine Stahlfeder sein und kann verwendet werden, um eine Vorbelastungskompression vorzusehen, die messbar größer ist als die an der Nutzlast entlang einer Kompressionsachse, beispielsweise der Achse "Z", erzeugten maximalen dynamischen Kräfte. Die Feder 231 kann durch die Verwendung einer Kompressionsstellschraube oder eines anderen Mittels (nicht dargestellt) vorbelastet werden, um die erforderliche Pfund-Schubkraft in der Kompressionsrichtung zu liefern.For certain types of piezoactuators (eg, model P-010-20 of Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG of Karlsruhe / Palmbach, Germany), it may be necessary to use the actuator 25 be pre-loaded, so that under the actual operation can prevent the actuator 25 in tension. The feather 231 can therefore be used to drive the actuator 25 bias. In one embodiment, the spring 231 may be a steel spring and may be used to provide preload compression that is measurably greater than the maximum dynamic forces generated at the payload along a compression axis, such as the "Z" axis. The feather 231 may be biased by the use of a compression set screw or other means (not shown) to provide the required pound thrust in the compression direction.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Stapel 253 so ausgelegt sein, dass er eine maximale relative Stapelverlagerung von etwa 0,001 bis etwa 0,005 Inch Spitze aufweist. Um eine solche Verlagerung zu erzeugen, kann eine Spannung von etwa 800 Volt erforderlich sein, um den Aktuator 25 dementsprechend zu bewegen. Außerdem kann die Spannung so beschaffen sein, dass für keine Bewegung etwa 400 Volt Gleichspannung an den Aktuator 25 angelegt werden können. Diese Vorspannung erfordert einen Strom von null und dehnt den Aktuator 25 um etwa die Hälfte seiner maximalen relativen Verlagerung im Voraus aus. Das Erhöhen oder Verringern der Spannung kann verursachen, dass sich der Aktuator 25 folglich ausdehnt oder zusammenzieht. In einer Ausführungsform kann der Aktuator 25 seinen vollständig zusammengezogenen Zustand bei null Volt erreichen und kann seinen vollständig ausgedehnten Zustand bei etwa 1000 Volt erreichen. Das Ausdehnen und Zusammenziehen des Aktuators 25 in Bezug auf die angelegte Spannung kann daher im Wesentlichen linear sein.In one embodiment of the present invention, the stack 253 be designed to have a maximum relative stack displacement of about 0.001 to about 0.005 inch peak. To generate such a shift, a voltage of about 800 volts may be required to drive the actuator 25 move accordingly. In addition, the voltage may be such that for no movement about 400 volts DC to the actuator 25 can be created. This bias requires zero current and stretches the actuator 25 by about half of its maximum relative shift in advance. Increasing or decreasing the voltage can cause the actuator 25 thus stretching or contracting. In one embodiment, the actuator 25 reach its fully contracted state at zero volts and can reach its fully expanded state at about 1000 volts. The expansion and contraction of the actuator 25 with respect to the applied voltage may therefore be substantially linear.

Es sollte beachtet werden, dass, da der Aktuator 25 in einer Ausführungsform der Erfindung nur die dynamische Schwingung von der Nutzlast angeht und nicht die durch die Masse (d. h. das Gewicht) der Nutzlast erzeugten statischen Kräfte angeht, der aktive Dämpfer 22 nur einen Aktuator verwenden müssen kann, um seine Dämpfungsaktivität ausreichend zu erreichen, selbst wenn die Masse der Nutzlast zunimmt. Überdies kann ein Aktuator, der weniger teuer und weniger leistungsstark relativ zu einem ist, der die Masse der Nutzlast abstützen muss sowie die dynamischen Kräfte angeht, verwendet werden. Wenn ein Aktuator, der gleich leistungsstark ist wie einer, der die Masse der Nutzlast abstützen muss, während er die dynamischen Kräfte angehegt, verwendet wird, kann eine solche zusätzliche Leistung vom Aktuator natürlich verwendet werden, um sich auf das Angehen der dynamischen Kräfte zu konzentrieren, um eine verbesserte Schwingungsdämpfung zu schaffen.It should be noted that, since the actuator 25 in one embodiment of the invention, only the dynamic oscillation of the payload and not the static forces generated by the mass (ie the weight) of the payload, the active damper 22 only need to use one actuator to achieve its damping activity sufficiently, even if the mass of the payload increases. Moreover, an actuator that is less expensive and less powerful relative to one that must support the mass of the payload as well as the dynamic forces may be used. Of course, if an actuator that is as powerful as one that must support the mass of the payload while it hauls the dynamic forces is used, such additional power from the actuator can naturally be used to focus on addressing the dynamic forces to provide improved vibration damping.

In einem Beispiel kann, wenn die abgestützte Nutzlast M_p direkt durch den Aktuator 25 abgestützt werden würde, die Nutzlast-Resonanzfrequenz ungefähr 130 Zyklen pro Sekunde sein, wenn die Nutzlastmasse M_p beispielsweise etwa 1000 Pfund im Gewicht ist. Eine solche Resonanzfrequenz kann zu einer Verringerung der Schwingungsisolationsverstärkung führen. Die gewünschte Verstärkung kann bei Frequenzen nahe jener der Nutzlast-Resonanzfrequenz, die in diesem Fall 130 Zyklen pro Sekunde sein kann, schwierig oder unmöglich zu erreichen sein. Außerdem verstärkt das System ohne Korrektur die Schwingung bei der Nutzlast-Resonanzfrequenz erheblich und der meiste Vorteil der Schwingungsisolation kann verloren gehen.In one example, if the supported payload M _p directly through the actuator 25 The payload resonant frequency would be about 130 cycles per second when the payload mass M _p is about 1000 pounds in weight, for example. Such a resonance frequency may result in a reduction in the vibration isolation gain. The desired gain may be at frequencies close to that of the payload resonant frequency, in this case 130 Cycles per second can be difficult or impossible to achieve. In addition, without correction, the system significantly enhances the payload resonant frequency oscillation and most of the benefit of vibration isolation can be lost.

Um dieses Problem anzugehen, kann der aktive Dämpfer 22 mit einer Zwischenmasse 26 versehen sein, die zwischen dem Aktuator 25 und der isolierten Plattform angeordnet ist und von der Nutzlast durch einen passiven Dämpfer 27 (siehe nachstehend) abgekoppelt ist, um als aktiv isolierender Punkt zu wirken, auf den dynamische Kräfte von der Nutzlast gedämpft werden können. In einer Ausführungsform kann die Zwischenmasse 26 einen Massenwert von M_s aufweisen, der mindestens eine Größenordnung oder mehr (z. B. zwei Größenordnungen) kleiner sein kann als der Bereich von Massen, für deren Abstützung oder Isolation das System 10 ausgelegt ist, M_p. Das Verhältnis von M_s zu M_p sollte vorzugsweise im Bereich von etwa 1 lb. bis etwa 10 lbs liegen. Die Zwischenmasse 26, wie in 2 dargestellt, kann ein Gehäuse 260 mit einem oberen Ende 261, einem unteren Ende 262 und einem Körperabschnitt 263, der sich dazwischen erstreckt, umfassen. Die Zwischenmasse 26 kann an ihrem unteren Ende 262 direkt am oberen Ende 252 des Aktuators 25 angeordnet sein. Um die Position der Zwischenmasse 26 über dem Aktuator 25 zu befestigen und die seitliche oder radiale Bewegung der Zwischenmasse 26 zu minimieren, kann ein aktiver Dämpfer 22 mit einem externen Gehäuse 21 vorgesehen sein, in dem sich der Aktuator 25 und die Zwischenmasse 26 befinden können. In einer Ausführungsform kann das Gehäuse 21 einen oberen Abschnitt 211 und einen unteren Abschnitt 212 umfassen, die in der Lage sind, sich axial entlang der "Z"-Achse relativ zueinander zu bewegen. Eine Strebe 23 kann entlang des Inneren des Gehäuses 21 vorgesehen sein, zwischen der die Zwischenmasse 26 angeordnet sein kann, um die seitliche oder radiale Bewegung der Zwischenmasse 26 weiter zu minimieren. Beliebige andere Mechanismen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, können natürlich verwendet werden, um die seitliche oder radiale Bewegung der Zwischenmasse 26 zu minimieren, beispielsweise Vorsehen eines O-Rings, der zwischen die Zwischenmasse 26 und das Innere des Gehäuses 21 eingekeilt wird. In der in 2 gezeigten Ausführungsform kann die Strebe 23 am Gehäuse 21 durch Befestigungsvorrichtungen 265 befestigt werden und die Zwischenmasse 26 kann zwischen der Strebe 23 auch unter Verwendung von Befestigungsvorrichtungen 265 befestigt werden. Die Strebe 23 kann in einer Ausführungsform aus einem flexiblen Material bestehen, um eine geringfügige axiale Bewegung des oberen Abschnitts 211 relativ zum unteren Abschnitt 212 des Gehäuses 21 aufzunehmen.To tackle this problem, the active damper can 22 with an intermediate mass 26 Be provided between the actuator 25 and the isolated platform is arranged and from the payload through a passive damper 27 (see below) to act as an active insulating point on which dynamic forces from the payload can be damped. In one embodiment, the intermediate mass 26 have a mass value of M _s that may be at least one order of magnitude or more (eg, two orders of magnitude) smaller than the range of masses for which Support or isolation the system 10 is designed, M _p . The ratio of M _s to M _p should preferably be in the range of about 1 lb. to about 10 lbs. The intermediate mass 26 , as in 2 shown, can be a housing 260 with an upper end 261 , a lower end 262 and a body section 263 which extends in between include. The intermediate mass 26 can at its lower end 262 right at the top 252 of the actuator 25 be arranged. To the position of the intermediate mass 26 above the actuator 25 to attach and the lateral or radial movement of the intermediate mass 26 Minimizing can be an active damper 22 with an external housing 21 be provided, in which the actuator 25 and the intermediate mass 26 can be located. In one embodiment, the housing 21 an upper section 211 and a lower section 212 which are capable of moving axially along the "Z" axis relative to each other. A strut 23 can along the inside of the case 21 be provided between the intermediate mass 26 may be arranged to the lateral or radial movement of the intermediate mass 26 continue to minimize. Any other mechanisms known in the art may of course be used to control the lateral or radial movement of the intermediate mass 26 to minimize, for example, providing an O-ring between the intermediate mass 26 and the inside of the case 21 is wedged. In the in 2 In the embodiment shown, the strut 23 on the housing 21 by fastening devices 265 be attached and the intermediate mass 26 can be between the strut 23 also using fasteners 265 be attached. The strut 23 may in one embodiment be made of a flexible material to allow for slight axial movement of the upper portion 211 relative to the lower section 212 of the housing 21 take.

Die Feder 231, die verwendet werden kann, um den Aktuator 25 in einen Vorlastkompressionszustand zu schieben, kann in einer Ausführungsform zwischen dem oberen Ende 261 und dem unteren Ende 262 um den Körperabschnitt 263 der Zwischenmasse 26 liegen. Um die Feder 231 zwischen dem oberen Ende 261 und dem unteren Ende 262 festzuhalten, kann die Feder 231 innerhalb der Strebe 23 in einem Raum zwischen der Zwischenmasse 26 und dem Inneren des Gehäuses 21 angeordnet sein.The feather 231 that can be used to drive the actuator 25 in a preload compression state, may in one embodiment between the upper end 261 and the lower end 262 around the body section 263 the intermediate mass 26 lie. To the spring 231 between the upper end 261 and the lower end 262 can hold on to the spring 231 inside the strut 23 in a space between the intermediate mass 26 and the interior of the housing 21 be arranged.

Immer noch beim Betrachten von 2 kann ein passiver Dämpfer 27 zwischen die Zwischenmasse 26 und die isolierte Plattform eingefügt werden. In der in 2 gezeigten Ausführungsform kann der passive Dämpfer 27 ein Teil der Zwischenmasse 26 sein. Es sollte jedoch beachtet werden, dass ein separater passiver Dämpfer unabhängig von der Zwischenmasse vorgesehen sein kann, wie z. B. der in 1 gezeigte. Die Bereitstellung einer Zwischenmasse 26 und eines passiven Dämpfers 27 schafft, wie vorher angegeben, einen aktiv isolierten Punkt, auf den dynamische Kräfte von der Nutzlast gedämpft werden können, und ermöglicht eine Rückkopplungsverstärkung bei sehr hohen Frequenzen, da der passive Dämpfer 27 eine passive Schwingungsisolation bei diesen hohen Frequenzen vorsehen kann.Still looking at 2 can be a passive damper 27 between the intermediate mass 26 and the isolated platform are inserted. In the in 2 the embodiment shown, the passive damper 27 a part of the intermediate mass 26 be. It should be noted, however, that a separate passive damper may be provided independently of the intermediate mass, such as a. B. the in 1 shown. The provision of an intermediate mass 26 and a passive damper 27 as previously stated, provides an actively isolated point on which dynamic forces can be damped by the payload, and allows for feedback gain at very high frequencies because of the passive damper 27 can provide a passive vibration isolation at these high frequencies.

In der in 2 dargestellten Ausführungsform kann der passive Dämpfer 27 ein elastischer Fluiddämpfer sein und kann ein Volumen eines viskosen Fluids 271 wie z. B. Öl, Silikonöl oder irgendeines anderen viskosen Fluids innerhalb des Körperabschnitts 263 der Zwischenmasse 26 umfassen. Der passive Dämpfer 27 kann auch einen Kolben 272 umfassen, der sich im Wesentlichen vertikal entlang der Achse Z durch das obere Ende 261 und in das viskose Fluid innerhalb des Körperabschnitts 263 der Zwischenmasse 26 erstreckt. Um sich auf die Ausdehnung des Kolbens 272 durch das obere Ende 261 einzustellen, kann eine Öffnung 264 im oberen Ende 261 der Zwischenmasse 26 vorgesehen sein. Der Kolben 272 umfasst in einer Ausführungsform eine Stange 273 mit einem äußeren Ende 274 zur Anordnung an der isolierten Plattform 13 (siehe 1) und einem inneren Ende 275 zur Anordnung innerhalb des Volumens des viskosen Fluids 271 im Körperabschnitt 263 der Zwischenmasse 26. Die Stange 273 kann gemäß einer Ausführungsform in der aktiven Achse, z. B. Z-Achse, stark und starr und entlang der zur Stange 273 im Wesentlichen senkrechten Ebenen weniger starr sein. Der Kolben 272 umfasst ferner eine verbreiterte Oberfläche wie z. B. eine Platte 276 am inneren Ende 275 der Stange 273. Die Platte 276 wirkt in Gegenwart einer Schwingung vom System 10 zum Ermöglichen, dass der passive Dämpfer 27 die erforderliche Dämpfungswirkung erzeugt. Die Platte 276 kann in einer Ausführungsform eine massive Platte sein. Die Platte 276 kann jedoch auch perforiert sein, um die Dämpfungswirkung einzustellen. Obwohl er als Fluidddämpfer beschrieben wird, kann der passive Dämpfer 26 beliebige auf dem Fachgebiet bekannte passive Dämpfer sein.In the in 2 illustrated embodiment, the passive damper 27 may be an elastic fluid damper and may be a volume of viscous fluid 271 such as Oil, silicone oil or any other viscous fluid within the body portion 263 the intermediate mass 26 include. The passive damper 27 can also have a piston 272 which extends substantially vertically along the axis Z through the top end 261 and into the viscous fluid within the body portion 263 the intermediate mass 26 extends. To focus on the expansion of the piston 272 through the top 261 can set an opening 264 in the upper end 261 the intermediate mass 26 be provided. The piston 272 in one embodiment comprises a rod 273 with an outer end 274 for placement on the isolated platform 13 (please refer 1 ) and an inner end 275 for placement within the volume of the viscous fluid 271 in the body section 263 the intermediate mass 26 , The pole 273 may according to an embodiment in the active axis, for. B. Z axis, strong and rigid and along the bar 273 essentially vertical planes to be less rigid. The piston 272 also includes a widened surface such. B. a plate 276 at the inner end 275 the pole 273 , The plate 276 acts in the presence of a vibration from the system 10 to allow that passive damper 27 generates the required damping effect. The plate 276 may be a solid plate in one embodiment. The plate 276 However, it can also be perforated to adjust the damping effect. Although it is described as a fluid damper, the passive damper can 26 be any known in the art passive damper.

Wenn sich der Kolben 272 innerhalb des Körperabschnitts 263 der Zwischenmasse 26 auf und ab bewegt, um den erforderlichen Dämpfungseffekt zu erzeugen, kann, um das Vorkommnis, dass der Kolben 272 aus dem Körperabschnitt 263 der Zwischenmasse 26 verlagert wird, zu minimieren, die Platte 276 mit einer Breite hergestellt sein, die messbar größer sein kann als die Öffnung 264 im oberen Ende 261 der Zwischenmasse 26. Außerdem können Befestigungsvorrichtungen 265 verwendet werden, um das obere Ende 261 am Körperabschnitt 263 der Zwischenmasse 26 zu befestigen, so dass die Bewegung des Kolbens 272 das obere Ende 261 vom Körperabschnitt 263 nicht verlagert. Die Befestigungsvorrichtungen 265 können eine Schrauben/Bolzen-Kombination, eine Klemme oder beliebige bekannte, auf dem Fachgebiet bekannte Befestigungsmechanismen sein, beispielsweise kann das obere Ende 261 und der Körperabschnitt 263 mit komplementärem Gewinde zum Drehen des oberen Endes 261 auf den Körperabschnitt 263 versehen sein. Um vor einem potentiellen Verlust des viskosen Fluids 271 aus dem Körperabschnitt 263 der Zwischenmasse 26 während der Bewegung des Kolbens 272 zu bewahren, kann ferner eine Abdeckung 276 wie z. B. eine flexible Membran über der Öffnung 264 angeordnet sein. Wenn eine Abdeckung 276 verwendet wird, kann es erforderlich sein, ein Loch (nicht dargestellt) innerhalb der Abdeckung 276 zu erzeugen, so dass die Stange 273 des Kolbens 272 durch dieses aufgenommen werden kann. Das Loch kann in einer Ausführungsform ausreichend klein sein, um eine im Wesentlichen dichte Abdichtung mit der Stange 273 des Kolbens 272 zu erzeugen.When the piston 272 within the body section 263 the intermediate mass 26 Moved up and down to produce the required damping effect may, to the event that the piston 272 from the body section 263 the intermediate mass 26 is shifted, to minimize the plate 276 be made with a width that can be measurably larger than the opening 264 in the upper end 261 the intermediate mass 26 , In addition, fastening devices 265 used to be the top end 261 on the body section 263 the intermediate mass 26 to attach, so that the movement of the piston 272 the upper end 261 from the body section 263 not relocated. The fastening devices 265 can a screw / bol zen combination, a clamp or any known, known in the art attachment mechanisms, for example, the upper end 261 and the body part 263 with complementary thread for turning the upper end 261 on the body section 263 be provided. To avoid potential loss of viscous fluid 271 from the body section 263 the intermediate mass 26 during the movement of the piston 272 can also preserve a cover 276 such as B. a flexible membrane over the opening 264 be arranged. If a cover 276 may be required, a hole (not shown) within the cover 276 to produce, so that the rod 273 of the piston 272 can be absorbed by this. The hole in one embodiment may be sufficiently small to provide a substantially tight seal with the rod 273 of the piston 272 to create.

Mit Rückbezug auf 1 kann das System 10 so ausgelegt sein, dass es die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Aktuators 15 durch Anwendung einer Rückkopplungskompensationsschleife oder eines Rückkopplungskompensationssystems 19 steuert. Die Schleife 19 umfasst unter anderem ein Kompensations/Verstärker-Modul 191. In einer Ausführungsform kann das Modul 191 dazu ausgelegt sein, eine variable Spannung an den Aktuator 15 anzulegen, beispielsweise können etwa 800 Volt Gleichspannung in einem stationären Zustand an den Aktuator 15 angelegt werden. Die Schleife 19 umfasst auch in einer Ausführungsform einen Bewegungssensor 18, der an der Zwischenmasse 16 angeordnet ist (siehe auch Element 28 in 2), zum Erzeugen eines Signals, das integriert werden kann, um die Bewegung oder Verlagerung zu erhalten, die von der Zwischenmasse 16 gezeigt wird. Insbesondere kann ein Sensorsignal vom Sensor 18 zum Modul 191 übertragen werden, das das Signal integriert, um die Verlagerung zu erhalten, und die Verstärkung verstärkt. Das resultierende integrierte Signal kann anschließend vom Modul 191 verarbeitet werden, das verschiedene Kompensationsschaltungen enthält, um die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Aktuators 15 zu steuern.With reference to 1 can the system 10 be designed so that it is the expansion and contraction of the actuator 15 by using a feedback compensation loop or a feedback compensation system 19 controls. The bow 19 includes, among other things, a compensation / amplifier module 191 , In one embodiment, the module 191 be designed to provide a variable voltage to the actuator 15 For example, about 800 volts DC may be applied to the actuator in a steady state condition 15 be created. The bow 19 also includes a motion sensor in one embodiment 18 that at the intermediate mass 16 is arranged (see also element 28 in 2 ), for generating a signal that can be integrated to obtain the movement or displacement that results from the intermediate mass 16 will be shown. In particular, a sensor signal from the sensor 18 to the module 191 which integrates the signal to obtain the displacement and amplifies the gain. The resulting integrated signal can then be output from the module 191 processing, which includes various compensation circuits to expand and contract the actuator 15 to control.

Der Sensor 18 kann in einer Ausführungsform ein Servobeschleunigungsmesser oder vorzugsweise ein Geophon sein. Ein Geophon umfasst im Allgemeinen eine Drahtspule, die an mechanischen Federn mit relativ niedriger Steifigkeit abgestützt ist, wobei ein Magnetfeld durch die Spule verläuft. Das Magnetfeld induziert eine Spannung in der Spule, die zur relativen Geschwindigkeit der Spule in Bezug auf das Geophongehäuse, das den Magneten hält, zur Stärke im Magnetfeld, das durch die Spule verläuft und zur Anzahl von Drahtwindungen innerhalb der Spule proportional sein kann. Das Geophon hat auch niedrige Kosten, ein geringes Rauschen und eine hohe Empfindlichkeit. Das Geophon und die zugehörigen Kompensationsschaltungen, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können ähnlich zu jener sein, die im US-Patent Nr. 5 823 307 offenbart ist, wobei das Patent hiermit durch den Hinweis hierin aufgenommen wird.The sensor 18 In one embodiment, it may be a servo accelerometer or, preferably, a geophone. A geophone generally comprises a wire spool supported on relatively low stiffness mechanical springs with a magnetic field passing through the spool. The magnetic field induces a voltage in the coil that can be proportional to the relative velocity of the coil relative to the geophone housing holding the magnet, to the strength in the magnetic field passing through the coil and to the number of turns of wire within the coil. The Geophone also has low cost, low noise, and high sensitivity. The geophone and associated compensation circuits used in conjunction with the present invention may be similar to those described in U.S. Pat U.S. Patent No. 5,823,307 which patent is hereby incorporated by reference herein.

Mit Bezug auf 3 beinhalten, wie vorher angegeben, viele der abgestützten Nutzlasten an der isolierten Plattform 13, wenn sie im System 10 isoliert sind, sich bewegende mechanische Komponenten, die Kräfte erzeugen können, die auf die Nutzlast wirken und verursachen, dass sie in Reaktion darauf schwingt. Folglich kann es erwünscht sein, dass das Dämpfungssystem 10 der Bewegung der abgestützten Nutzlast aufgrund von durch die Nutzlast induzierten Kräften Widerstand leistet oder diese minimiert. Dazu kann ein zweiter Bewegungssensor 31 in Verbindung mit dem System 10 verwendet werden. Der Sensor 31, der ein absoluter Geschwindigkeitssensor oder ein relativer Verlagerungssensor sein kann, kann an der isolierten Plattform 13 montiert werden. Signale vom Sensor 31 können mit Signalen vom Sensor 18 an der Zwischenmasse 16 kombiniert und integriert werden, um anschließend die Schwingungssteuerung der isolierten Plattform 13 zu verbessern.Regarding 3 As previously stated, these include many of the supported payloads on the isolated platform 13 if they are in the system 10 are isolated, moving mechanical components that can generate forces that act on the payload and cause it to vibrate in response. Consequently, it may be desirable for the damping system 10 resist or minimize the movement of the supported payload due to payload induced forces. This can be a second motion sensor 31 in connection with the system 10 be used. The sensor 31 , which may be an absolute speed sensor or a relative displacement sensor, may be on the isolated platform 13 to be assembled. Signals from the sensor 31 can with signals from the sensor 18 at the intermediate mass 16 combined and integrated, and then the vibration control of the isolated platform 13 to improve.

In einer weiteren Ausführungsform kann das System 10 einen dritten Bewegungssensor 32 umfassen, der an der schwingenden Basisplattform 14 oder am Boden montiert ist. Ein Signal vom Sensor 32 kann zum Modul 191 übertragen werden, das dann das Signal integriert, um die Verlagerung zu erhalten, und die Verstärkung verstärkt. Das resultierende integrierte Signal kann anschließend durch das Modul 191 verarbeitet werden, das verschiedene Kompensationsschaltungen enthält, und als Mitkopplungssignal verwendet werden, um die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Aktuators 15 zu steuern, um die Bewegung der schwingenden Basis zu kompensieren.In a further embodiment, the system 10 a third motion sensor 32 that's at the base swinging platform 14 or mounted on the ground. A signal from the sensor 32 can go to the module 191 which then integrates the signal to obtain the displacement and amplifies the gain. The resulting integrated signal can then be passed through the module 191 which includes various compensation circuits and is used as a feedforward signal to control the expansion and contraction of the actuator 15 to control the movement of the vibrating base to compensate.

Immer noch mit Bezug auf 3 kann das System 10 auch eine Feder 33 umfassen, die in Reihe an einem Ende an der isolierten Plattform 13 befestigt ist und an einem entgegengesetzten Ende am passiven Dämpfer 17 befestigt ist. In der in 3 dargestellten Ausführungsform kann die Feder 33 mit dem Kolben 171 des passiven Dämpfers 17 gekoppelt sein. In dieser Weise kann die Feder 33 mit einer Resonanzfrequenz von mindestens einer Größenordnung höher als jene der Stützfeder 11 die Schwingungsisolationsverstärkung für das System 10 bei höheren Frequenzen verbessern.Still referring to 3 can the system 10 also a spring 33 include in series at one end on the isolated platform 13 is attached and at an opposite end to the passive damper 17 is attached. In the in 3 illustrated embodiment, the spring 33 with the piston 171 passive damper 17 be coupled. In this way, the spring 33 having a resonant frequency of at least one order of magnitude higher than that of the support spring 11 the vibration isolation gain for the system 10 improve at higher frequencies.

Obwohl dargestellt ist, dass die Schwingung entlang einer Achse, d. h. der "Z"-Achse, aktiv isoliert wird, können die Zwischenmasse und das System der vorliegenden Erfindung dazu ausgelegt sein, die Schwingung entlang jeder der "X"-, "Y"- und "Z"-Achsen aktiv zu isolieren. Wenn nun 4 betrachtet wird, ist ein schematischer Schaltplan hoher Ebene gezeigt, der die elektrischen Verbindungen zwischen den Bewegungssensoren, der Kompensationsschaltungsanordnung und den Aktuatoren für das dreidimensionale Schwingungsdämpfungssystem darstellt. Eine elektronische Steuereinheit, die im Allgemeinen bei 40 angegeben ist, umfasst Kompensationsschaltungen 41, 42 und 43. Jede dieser Kompensationsschaltungen ist ähnlich zu der im US-Patent Nr. 5 823 304 offenbarten, das, wie vorher angegeben, durch den Hinweis hierin aufgenommen wird.Although it is shown that the vibration is actively isolated along an axis, ie, the "Z" axis, the intermediate mass and system of the present invention may be configured to provide the same Actively isolate vibration along each of the "X", "Y" and "Z" axes. If so 4 5, there is shown a high-level schematic diagram illustrating the electrical connections between the motion sensors, the compensation circuitry, and the actuators for the three-dimensional vibration damping system. An electronic control unit, which is generally included 40 includes compensation circuits 41 . 42 and 43 , Each of these compensation circuits is similar to that in the U.S. Patent No. 5,823,304 which, as previously indicated, is incorporated herein by reference.

Die Kompensations-/Steuerschaltung 41 ist in einer Ausführungsform vorgesehen, um Sensorsignale vom vertikalen "Z"-Nutzlastsensor 31, der die Bewegung der Nutzlast entlang der "Z"-Achse abtastet, und vom vertikalen "Z"-Zwischenmassensensor 18, der die Bewegung der Zwischenmasse entlang der "Z"-Achse abtastet, zu empfangen. Die Kompensations-/Steuerschaltung 42 empfängt andererseits Sensorsignale von einem horizontalen "Y"-Nutzlastsensor 44, der die Bewegung der Nutzlast entlang der "Y"-Achse abtastet, und von einem "Y"-Zwischenmassensensor 45, der die Bewegung der Zwischenmasse in der "Y"-Richtung abtastet. Hinsichtlich der Kompensations-/Steuerschaltung 43 empfängt sie Signale von einem horizontalen "X"-Nutzlastsensor 46 und einem "X"-Richtungs-Zwischenmassensensor 47.The compensation / control circuit 41 In one embodiment, it is provided to receive sensor signals from the vertical "Z" payload sensor 31 , which scans the movement of the payload along the "Z" axis, and the vertical "Z" intermediate mass sensor 18 , which scans the movement of the intermediate mass along the "Z" axis. The compensation / control circuit 42 On the other hand, it receives sensor signals from a horizontal "Y" payload sensor 44 , which scans the movement of the payload along the "Y" axis, and a "Y" intermediate mass sensor 45 which scans the movement of the intermediate mass in the "Y" direction. Regarding the compensation / control circuit 43 It receives signals from a horizontal "X" payload sensor 46 and an "X" direction intermediate mass sensor 47 ,

In einer Ausführungsform können Ausgangssteuersignale von der Schaltung 41 beispielsweise zum vertikalen "Z"-Aktuator 15 übertragen werden, wohingegen die Ausgangssteuersignale von der Schaltung 42 zu einem radialen "Y"-Aktuator 48 übertragen werden können. Ausgangssteuersignale von der Schaltung 43 können ebenso zu einem radialen "X"-Aktuator 49 übertragen werden. Wie zu sehen ist, besitzt die Sensor/Motor-Anordnung im Wesentlichen kein elektronisches Nebensprechen. Außerdem kann die Verwendung von verschiedenen Scherentkopplern, wie nachstehend beschrieben, ferner den Bedarf für die Handhabung von physikalischem Nebensprechen vermeiden.In one embodiment, output control signals from the circuit 41 for example, to the vertical "Z" actuator 15 whereas the output control signals from the circuit 42 to a radial "Y" actuator 48 can be transmitted. Output control signals from the circuit 43 can also become a radial "X" actuator 49 be transmitted. As can be seen, the sensor / motor assembly has substantially no electronic crosstalk. In addition, the use of various shear decouplers, as described below, can further eliminate the need for handling physical crosstalk.

Es sollte erkannt werden, dass die Kompensationsschaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung in analoger oder digitaler Form implementiert werden kann. Außerdem kann eine solche Kompensationsschaltungsanordnung dazu ausgelegt sein, Signale von dem Sensor zu empfangen, der sich an der schwingenden Basisplattform befindet, wie z. B. vom Sensor 32 in 3. Überdies kann die Kompensationsschaltungsanordnung als einzelnes Modul verwendet werden, das in der Lage ist, Bewegungssignale von jedem von sechs Freiheitsgraden zu empfangen und Schwingungen entlang derer zu kompensieren. Alternativ können mehrere Kompensationsmodule, beispielsweise sechs, verwendet werden, wobei jedes für jeden der sechs Freiheitsgrade vorgesehen ist.It should be appreciated that the compensation circuitry of the present invention may be implemented in analog or digital form. In addition, such compensating circuitry may be configured to receive signals from the sensor located on the vibrating base platform, such as a sensor. B. from the sensor 32 in 3 , Moreover, the compensation circuitry can be used as a single module capable of receiving motion signals of each of six degrees of freedom and compensating for oscillations thereacross. Alternatively, multiple compensation modules, for example six, may be used, each for each of the six degrees of freedom.

Beim Betrachten von 5 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines aktiven Schwingungsdämpfungssystems 50 in zwei Dimensionen dargestellt. Das System 50 umfasst eine abgestützte Nutzlast M, die an einem passiven Dämpfer 51 ruht, der wiederum durch eine Zwischenmasse 52 abgestützt sein kann. Ein Scherentkoppler 53 kann zwischen die Zwischenmasse 52 und einen vertikalen Aktuator 54 eingefügt sein. Im Allgemeinen sollte der Aktuator so konfiguriert sein, dass eine Zugbelastung in der axialen Belastung oder in der Biegebelastung nicht auftritt. Die Scherbelastung des Aktuators kann zulässig sein, solange die Scherbelastung keine Biegemomente erzeugt, die eine Zugbelastung im Teil des Aktuators verursachen können. Um die Scherbelastung innerhalb des Aktuators zu begrenzen oder zu minimieren, kann ein Scherentkoppler verwendet werden. Ein Scherentkoppler ist eine gut bekannte Vorrichtung und umfasst typischerweise eine erste steife Platte oder ein erstes steifes Element, das an ein Ende des Aktuators angrenzt, eine zweite steife Platte oder ein zweites steifes Element, das an die Zwischenmasse angrenzt, und eine dünne Scheibe oder ein dünnes Plättchen oder elastomeres Material zwischen den steifen Platten. Die steifen Platten können in einer Ausführungsform aus einem nicht elastischen Material wie z. B. Metall oder dergleichen bestehen.When looking at 5 is a simplified schematic diagram of an active vibration damping system 50 shown in two dimensions. The system 50 includes a supported payload M, attached to a passive damper 51 rests, in turn, by an intermediate mass 52 can be supported. A shear decoupler 53 can be between the intermediate mass 52 and a vertical actuator 54 be inserted. In general, the actuator should be configured so that a tensile load in the axial load or in the bending load does not occur. The shearing load on the actuator may be acceptable as long as the shear stress does not create bending moments that can cause a tensile load in the part of the actuator. To limit or minimize the shear stress within the actuator, a shear decoupler may be used. A shear decoupler is a well-known device and typically includes a first rigid plate or member adjacent to one end of the actuator, a second rigid plate or second rigid member adjacent to the intermediate mass, and a thin disk thin plate or elastomeric material between the rigid plates. The rigid plates may in one embodiment of a non-elastic material such. As metal or the like exist.

Das System 50 schafft auch eine aktive Schwingungsisolation in einer zur Kraft, die von der Nutzlast ausgeübt wird, senkrechten Richtung, d. h. entlang der "Y"-Achse. Diese Isolation kann unter Verwendung eines radialen Aktuators 55, beispielsweise eines piezoelektrischen Motors und eines radialen Scherentkopplers 56, der zwischen dem Aktuator 55 und der Zwischenmasse 52 liegt, durchgeführt werden. Der radiale Aktuator 55 kann in einer Ausführungsform in gewisser Weise am schwingenden Boden, am externen Gehäuse, der Basis F, befestigt sein. Es sollte erkannt werden, dass die axiale Steifigkeit jedes Scherentkopplers hoch gehalten werden kann, während die radiale Steifigkeit relativ niedrig gehalten werden kann, wenn das Verhältnis der belasteten Fläche zur unbelasteten Fläche groß ist. In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Verhältnis der axialen Steifigkeit zur radialen Steifigkeit des Scherentkopplers mindestens eine und vorzugsweise zwei oder mehr Größenordnungen sein.The system 50 also provides active vibration isolation in a direction perpendicular to the force exerted by the payload, ie along the "Y" axis. This isolation can be done using a radial actuator 55 For example, a piezoelectric motor and a radial shear decoupler 56 that is between the actuator 55 and the intermediate mass 52 is to be carried out. The radial actuator 55 In one embodiment, it may in some way be attached to the vibrating floor, to the external housing, the base F. It should be appreciated that the axial stiffness of each shear coupler can be kept high while the radial stiffness can be kept relatively low when the ratio of the loaded surface to the unloaded surface is large. In one embodiment of the invention, the ratio of the axial stiffness to the radial stiffness of the shear decoupler may be at least one and preferably two or more orders of magnitude.

Da es erwünscht ist, dass sich die Zwischenmasse 52 nur entlang der "Z"-Achse bewegt und sich nicht dreht, wenn sich der vertikale Aktuator 54 ausdehnt und/oder zusammenzieht, kann der Scherentkoppler 56 auf der anderen Seite der Zwischenmasse 52 durch einen Scherentkoppler 58 und ein Federelement 57 ausgeglichen werden. Die Anwesenheit des Scherentkopplers 58 und des Federelements 57 kann auch die Vorbelastung des radialen Aktuators 55 in der Ausführungsform, in der der radiale Aktuator 55 ein piezoelektrischer Stapel ist, unterstützen, so dass unter dem tatsächlichen Betrieb der Aktuator 55 nicht in Spannung geht. Insbesondere kann ein Druckfederelement 57 verwendet werden, um den radialen Aktuator 55 vorzubelasten. Das Federelement 57 umfasst in einer Ausführungsform eine Feder 571 wie z. B. eine konische Stahlfelder und eine Gummi- oder elastomere koaxiale Buchse 572 zum Führen der Feder 571. Das Federelement 57, wie in 5 gezeigt, kann zwischen einer Schwingungsquelle, z. B. einer Verlängerung des Bodens, einem äußeren Gehäuse oder einer schwingenden Basis F und dem Scherentkoppler 58 angeordnet sein, der wiederum zwischen dem Federelement 57 und der Zwischenmasse 52 liegen kann. Die lineare Anordnung des radialen Aktuators 55, des Scherentkopplers 56, des Scherentkopplers 58 und des Federelements 57 kann in einer zum Papier senkrechten Richtung, d. h. der "X"-Achse aus der Perspektive in 5, wiederholt werden, um eine Schwingungsisolation in allen drei Dimensionen und entlang der sechs Freiheitsgrade zu erreichen.Since it is desirable that the intermediate mass 52 only moved along the "Z" axis and does not rotate when the vertical actuator 54 expands and / or contracts, the shear decoupler 56 on the other side of the intermediate mass 52 through a shear decoupler 58 and a spring lement 57 be compensated. The presence of the shear decoupler 58 and the spring element 57 can also be the preload of the radial actuator 55 in the embodiment in which the radial actuator 55 a piezoelectric stack is support, so that under actual operation of the actuator 55 not in tension. In particular, a compression spring element 57 used to be the radial actuator 55 bias. The spring element 57 in one embodiment comprises a spring 571 such as As a conical steel fields and a rubber or elastomeric coaxial jack 572 for guiding the spring 571 , The spring element 57 , as in 5 shown, between a vibration source, for. B. an extension of the bottom, an outer housing or a vibrating base F and the shear decoupler 58 be arranged, in turn, between the spring element 57 and the intermediate mass 52 can lie. The linear arrangement of the radial actuator 55 , the shear decoupler 56 , the shear decoupler 58 and the spring element 57 can in a direction perpendicular to the paper, ie the "X" axis from the perspective in 5 , are repeated to achieve vibration isolation in all three dimensions and along the six degrees of freedom.

Das Federelement 57 kann in einer Ausführungsform so ausgelegt sein, dass es eine relativ niedrige Steifigkeit entlang der "Y"-Achse und eine relativ hohe radiale Steifigkeit in allen zur "Y"-Achse senkrechten Richtungen aufweist. In dieser Weise kann das Federelement 57 ermöglichen, dass der radiale Aktuator 55 sich leicht gemäß dem an ihn angelegten Befehlssignal zusammenzieht oder dehnt. Die Einfügung des Entkopplers 56 zwischen den radialen Aktuator 55 und die Zwischenmasse 52 kann überdies die Scherablenkung, die z. B. durch die Bewegung des die Nutzlast abstützenden vertikalen Aktuators 54 verursacht wird, in einem Beispiel auf etwa 0,7 % der Bewegung des radialen Aktuators 55 verringern.The spring element 57 For example, in one embodiment, it may be designed to have a relatively low stiffness along the "Y" axis and a relatively high radial stiffness in all directions perpendicular to the "Y" axis. In this way, the spring element 57 allow the radial actuator 55 slightly contracts or stretches according to the command signal applied to it. The insertion of the decoupler 56 between the radial actuator 55 and the intermediate mass 52 In addition, the shear deflection, z. B. by the movement of the payload supporting vertical actuator 54 is caused, in one example, to about 0.7% of the movement of the radial actuator 55 reduce.

Zusammengefasst wurde ein aktives Schwingungsdämpfungssystem gezeigt und beschrieben. Das Schwingungsdämpfungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entkoppelt statische und dynamische Kräfte, die durch eine Nutzlast erzeugt werden, so dass jede separat durch unabhängige Mechanismen angegangen werden kann. Durch Entkoppeln dieser Kräfte kann eine verbesserte Verringerung der dynamischen Schwingung von der Nutzlast erreicht werden. Insbesondere schafft das System eine Stützfeder und einen unabhängigen aktiv isolierten Dämpfer, der zwischen die Nutzlastmasse (d. h. isolierte Plattform) und die Schwingungsquelle (d. h. Basisplattform) eingefügt ist, um die Resonanzfrequenz und erforderliche Verstärkung zu verringern. Die Stützfeder wirkt zum Abstützen und Angehen von statischen Kräften, d. h. des Gewichts, von der Nutzlast, um die isolierte Plattform in einer im Wesentlichen parallelen Beziehung zur Basisplattform zu halten. Der aktive Dämpfer geht andererseits die dynamische Schwingung von der Nutzlast an und umfasst mindestens einen Aktuator, eine durch den Aktuator abgestützte Zwischenmasse und einen passiven Dämpfer zwischen der Zwischenmasse und der isolierten Plattform. Die Zwischenmasse kann zusätzlich dazu, dass sie durch den Aktuator vertikal entlang der "Z"-Achse abgestützt ist, durch zusätzliche Aktuatoren entlang der "X"- und "Y"-Achsen radial abgestützt werden. Das System schafft auch eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern der Aktuatoren als Funktion von Verlagerungssignalen, die von Sensoren in der Zwischenmasse in der vertikalen Richtung oder in jeder der "X"-, "Y"- und "Z"-Richtungen erzeugt werden. Da der aktive Dämpfer das Gewicht der Nutzlast nicht abstützt, kann der in Verbindung mit dem aktiven Dämpfer der vorliegenden Erfindung verwendete Aktuator in einer Ausführungsform relativ kleiner und weniger teuer sein als jener, der in einem herkömmlichen Schwingungsisolationssystem verwendet wird, wo das Gewicht der Nutzlast auch durch den Aktuator abgestützt werden muss.Summarized became an active vibration damping system shown and described. The vibration damping system according to a embodiment The invention decouples static and dynamic forces that be generated by a payload, so each separately by independent mechanisms can be addressed. By decoupling these forces can an improved reduction of the dynamic oscillation of the Payload can be achieved. In particular, the system provides a support spring and an independent one actively isolated dampers, that between the payload mass (i.e., isolated platform) and the vibration source (i.e., base platform) is inserted, to reduce the resonant frequency and required gain. The support spring acts to support and addressing static forces, d. H. the weight, from the payload, to the isolated platform in a substantially parallel relationship to the base platform to keep. The active damper On the other hand, the dynamic oscillation of the payload goes on and comprises at least one actuator, supported by the actuator intermediate mass and a passive damper between the intermediate mass and the isolated platform. The intermediate mass can additionally to be supported by the actuator vertically along the "Z" axis, by additional Actuators along the "X" and "Y" axes are radially supported. The system also provides circuitry for driving the Actuators as a function of displacement signals transmitted by sensors in the intermediate mass in the vertical direction or in each of the "X", "Y" and "Z" directions be generated. As the active damper the weight of the payload is not supported, the in conjunction with the active damper The actuator used in the present invention in one embodiment relatively smaller and less expensive than the one in a conventional vibration isolation system is used, where the weight of the payload are also supported by the actuator got to.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit deren speziellen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass sie zu einer weiteren Modifikation in der Lage ist. Ferner soll diese Anmeldung beliebige Veränderungen, Verwendungen oder Anpassungen der Erfindung, einschließlich solcher Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung, die in die bekannte oder übliche Praxis im Fachgebiet fallen, das die Erfindung betrifft, und in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, abdecken.Even though the invention in conjunction with their specific embodiments it is self-evident that they have become another Modification is capable. Furthermore, this application is intended to arbitrary changes, Uses or adaptations of the invention, including such Deviations from the present disclosure disclosed in the known or usual Fall within the field of practice, which relates to the invention, and in the Protection range of the attached claims fall, cover.

ZusammenfassungSummary

Ein aktives Schwingungsdämpfungssystem mit einer Stützfeder zum Angehen einer statischen Kraft von einer Nutzlast und einem unabhängigen aktiv isolierten Dämpfer, der parallel zwischen einer Nutzlast und einer Schwingungsquelle angeordnet ist, zum Dämpfen einer dynamischen Kraft von der Nutzlast auf einen aktiv isolierten Punkt. Der aktiv isolierte Dämpfer umfasst eine kleine Zwischenmasse, die von der Nutzlastmasse verschieden und abgekoppelt ist, und ein passives Isolatorelement zum dynamischen Koppeln der isolierten Plattform mit der kleinen Zwischenmasse. Die kleine Zwischenmasse schafft einen Punkt, auf den dynamische Kräfte von der Nutzlast gedämpft werden können. Der aktive Dämpfer umfasst auch mindestens einen Aktuator, der an einer Oberfläche mit der kleinen Zwischenmasse gekoppelt ist und an einer zweiten Oberfläche mit der schwingenden Basisplattform gekoppelt ist. Ein Bewegungssensor kann auch an der kleinen Zwischenmasse vorgesehen sein, um ein Rückkopplungssignal als Funktion der Bewegung der kleinen Zwischenmasse zu erzeugen. Der Bewegungssensor zusammen mit einem Kompensations-/Verstärkermodul und der Aktuator wirken als Teil einer Rückkopplungskompensationsschleife zum Minimieren der Schwingung.An active vibration damping system comprising a support spring for applying static force from a payload and an independently active isolated damper disposed in parallel between a payload and a vibration source for attenuating a dynamic force from the payload to an actively isolated point. The actively isolated damper includes a small intermediate mass that is different and decoupled from the payload mass, and a passive isolator element for dynamically coupling the isolated platform to the small intermediate mass. The small intermediate mass creates a point on which dynamic forces can be damped by the payload. The active damper also includes at least one actuator coupled on a surface with the small intermediate mass and coupled on a second surface to the vibrating base platform. A motion sensor can also be provided on the small intermediate mass to a Rückkopp signal as a function of the movement of the small intermediate mass. The motion sensor along with a compensation / amplifier module and the actuator act as part of a feedback compensation loop to minimize the vibration.

Claims

System for steaming a vibration from a supported payload, the system includes: a support spring, which is based on an isolated platform on which the payload is supported, to a platform opposite the insulated platform extends to static forces of to support the payload; one active damper, which is between the isolated platform and the base platform extends parallel and in spaced relation to the support spring to dynamic forces to dampen from the payload, being the active damper includes: an actuator with a first and a second, opposite End that in length is variable between the first and the second end, wherein the second end coupled to the base platform; an intermediate mass with a body section and in axial alignment with the first end of the actuator, wherein the intermediate mass provides a point to which the dynamic personnel damped by the payload can be; and a passive damper with a piston, with the insulated platform at one end is coupled and moving in the direction of the intermediate mass at an opposite End extends; and a motion sensor with the intermediate mass of the active damper is coupled to produce a signal that is a function of Movement of the intermediate mass is.

The system of claim 1, wherein the support spring with the isolated platform at one end and the base platform an opposite one End is coupled and further acts to the isolated platform in essentially parallel relationships with the base platform hold.

The system of claim 1, wherein the support spring in the rigidity is at least an order of magnitude lower than those that the actuator shows.

The system of claim 1, wherein the intermediate mass in the mass at least an order of magnitude smaller than the payload.

The system of claim 1, wherein the body portion the intermediate mass can absorb the volume of the viscous fluid.

The system of claim 5, wherein the body portion the intermediate mass has a lower end and an upper end with an opening, through which the piston of the passive damper can extend comprises.

The system of claim 6, wherein the opening is sufficient can be measured to the event that the piston from the body section is shifted to minimize.

System according to claim 6, wherein the intermediate mass is a Includes membrane that spreads over the opening extends to the loss of the viscous fluid from the body portion to minimize.

The system of claim 1, wherein the piston is a plate which is attached to the end of the piston within the viscous fluid is to enable that the passive damper the required damping effect generated.

System according to claim 1, wherein the intermediate mass and the passive damper are separate components.

The system of claim 1, wherein the active damper further a shear decoupler between the intermediate mass and the first End of the actuator includes to apply shear stresses on the Limit actuator.

The system of claim 1, wherein the active damper further a spring around the body portion of the Intermediate mass and between the upper end and the lower end to push the actuator into a compressed preload position to support.

The system of claim 1, further comprising a compensation module with a circuit arrangement which couples the motion sensor to the actuator, includes to the length of the actuator on the basis of the signal from the motion sensor to change, so that the active damper for stabilizing the isolated platform over a predetermined range of vibration frequencies acts.

The system of claim 13, further comprising a motion sensor includes, which is coupled to the isolated platform to a Generate signal that is a function of the motion of the isolated Platform is, with the motion sensor on the isolated platform communicates with the compensation module so that signals from this sensor combined with the motion sensor at the intermediate mass can be for improved vibration control of the isolated platform to accomplish.

The system of claim 13, further comprising ei a motion sensor coupled to the base platform to generate a signal that is a function of the movement of the base platform, which sensor is in communication with the compensation module such that signals from that sensor can be used as feedforward signals to cause the movement Compensate for vibration from the base platform.

The system of claim 1, further comprising a spring Includes, in series at one end to the isolated platform and attached to the passive damper at an opposite end is.

System for steaming a vibration from a supported payload, the system includes: a support spring, which is based on an isolated platform on which the payload is supported, to a base platform opposite the insulated platform extends to support static forces from the Payload; an intermediate mass in parallel and in spaced relationship to the support spring to create a point at which dynamic forces are damped by the payload can; several Actuators, each in length are variable along a respective axis, wherein each actuator a first end adjacent to the intermediate mass and a second, opposite end coupled to a vibratory carrier, having; and a motion sensor with the intermediate mass is coupled to produce a signal that is a function of Movement of the intermediate mass is.

The system of claim 17, wherein the support spring with the isolated platform at one end and the base platform is coupled ge at an opposite end and further to hold the isolated platform in essentially parallel relationships acts to the base platform.

The system of claim 17, wherein the support spring in stiffness is at least one order of magnitude lower than the indicated by the actuator.

The system of claim 17, wherein the intermediate mass at least one order of magnitude in mass smaller than the payload.

The system of claim 17, further comprising a passive one damper in axial alignment with the intermediate mass, wherein the passive dampers a volume of a viscous fluid and a piston, the coupled with the isolated platform at one end and up into the volume of the viscous fluid at an opposite end.

The system of claim 21, wherein the intermediate mass a body section for receiving the volume of the viscous fluid.

The system of claim 21, further comprising a second Spring includes, in series at one end on the isolated platform and attached to the passive damper at an opposite end.

The system of claim 17, further comprising a shear decoupler between the intermediate mass and the first end of each actuator, to practice of shearing stresses on the actuator limit.

The system of claim 17, further comprising a compensation module with a circuit arrangement which couples the motion sensor to the actuator, includes to the length of the actuator on the basis of the signal from the motion sensor to change, so that the active damper for stabilizing the payload mass over a predetermined range of vibration frequencies acts.

The system of claim 25, further comprising a motion sensor includes, which is coupled to the isolated platform to a Generate signal that is a function of the motion of the isolated Platform is, with the motion sensor on the isolated platform communicates with the compensation module in such a way that signals combined by this sensor with the motion sensor on the inter mediate mass can be for improved vibration control of the isolated platform to accomplish.

The system of claim 25, further comprising a motion sensor which is coupled to the base platform to provide a signal which is a function of the movement of the base platform, this sensor being in communication with the compensation module is that signals from this sensor used as Mitkopplungssignale can be to compensate for the vibration from the base platform.

A method of damping vibration from a payload supported on an insulated platform, the method comprising: attaching one end of a support spring to the isolated platform and expanding an opposite end of the spring on a base platform to address static forces from the payload; Positioning an actuator on the base platform in parallel and in spaced relation to the support spring; Placing an intermediate mass on the actuator in axial alignment therewith; Pair a passive damper with the isolated one Platform and intermediate mass; Sensing the movement of the intermediate mass and generating a motion signal that is a function of the movement of the intermediate mass; Generating a control signal based on the motion signal; and applying the control signal to the actuator to allow the actuator to vary in length to dampen the vibration experienced by the payload.

The method of claim 28, further comprising: Scan moving the isolated platform and generating a motion signal, which is a function of the motion of the isolated platform; Integrate the motion signal from the isolated platform with the motion signal from the intermediate mass; Generating an integrated control signal based on the motion signals from the isolated platform and the intermediate mass; and Applying the integrated control signal to the actuator to enable that the actuator in length varies to improved damping to create the vibration experienced by the payload.

The method of claim 28, further comprising: Scan the movement of the base platform and generating a motion signal, which is a function of the movement of the base platform; Produce a feedforward control signal based on the motion signal from the base platform; and Applying the feedforward control signal to the actuator to compensate for the vibration from the base platform.